2.6.2 Blickbewegungsregistrierung

2.6.2 Blickbewegungsregistrierung
Die in der Kartographie am häufigsten angewandte Methode zur Erfassung von Blickbewegungen ist die videobasierte Cornea-Reflex-Methode (dazu und im Folgenden Servatius 2005). Dabei wird ein von einer Infrarotlichtquelle ausgehender Lichtstrahl von der Oberfläche der Hornhaut des Auges (Cornea) punktförmig reflektiert und von einer Kamera aufgezeichnet (Abb. 26.3). Da eine Bewegung des Auges auch eine Änderung des Ausfallwinkels der Reflexion bedeutet, kann aus dem Videobild die relative Distanz und Lage der Corneareflexion zur Mitte der Pupille und somit der Blickwinkel berechnet werden. In Verbindung mit einer Kalibrierung von meist neun Bildschirmpunkten ist der Blickpunkt auf dem Bildschirm ermittelbar. Die Lichtquelle kann entweder am Kopf der Testperson angebracht werden (Headmounted Eyetracker) oder vor der Präsentationsgrundlage aufgestellt werden (Remote Eyetracking).
Eytracker  

 

KalibrierungKalibrierung: l= optimal, r= nicht zufriedenstellend
Abb. 26.3 Trierer System zur Blickbewegungsregistierung (Remote Eyetracking) mit Kalibrierungsanzeige; aus: Servatius, K. (2005): Benutzerhandbuch: Einführung in die Blickbewegungsregistrierung. Universität Trier
Doppelte Purkinje-Bild Technik:
Es werden vier verschiedene Reflexionen des Auges auf eine stationäre Lichtquelle unterschieden, die sogenannten Purkinje-Bilder, wobei die Cornea-Reflexion als erstes Purkinje-Bild bezeichnet wird. Bei der doppelten Purkinje-Bild Technik wird die Corneareflexion des Auges aufgenommen (erstes Purkinje-Bild) und als zweiter Referenzpunkt nicht die Pupillenmitte, sondern das vierte Purkinje-Bild (Reflexion des Auges an der hinteren Seite der Linse) verwendet. Da der Lichtreflex hier sehr schwach ist, kann diese Technik nur in abgedunkelten Räumen verwendet werden.
Kontaktlinsenmethode:
Die Kontaktlinsenmethode ist eine sehr genaue, aber aufwendige Methode zur Bestimmung von Augenbewegungen. Entweder ist auf der Linse ein Spiegel angebracht, der wie bei der Cornea-Reflex-Methode einstrahlendes Licht reflektiert, oder die Linse ist mit Spulen bestückt die für jede Raumrichtung ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, dessen Spannung gemessen werden kann.
Spannungsmessmethode:
Die Spannungsmessmethode mittels Elektrookulogrammen (EOG) beruht auf der Messung des elektrischen Potenzials zwischen Netzhaut (negative Ladung) und Hornhaut (positive Ladung), das sich bei Bewegungen des Auges geringfügig verändert. Gemessen werden diese Spannungen mit Hilfe von Elektroden, die um das Auge angebracht werden. Da hier aber nur die Bewegung der Augen relativ zum Kopf und nicht zum betrachteten Objekt erfasst werden können, muss der Kopf fixiert werden.
Der primär ermittelte Parameter bei der Registrierung von Augenbewegungen ist der Blickpunkt auf dem Bildschirm zu einem bestimmten Zeitpunkt. Der Blickpunkt kann für jedes Auge getrennt oder für beide Augen verrechnet, in X/Y-Bildschirmkoordinaten (Pixel) ausgegeben werden. Dabei steht X für die horizontale Position, gemessen von links nach rechts, und Y für die vertikale Position, gemessen von oben nach unten. Aufbauend auf diesen Daten können weitere Parameter ermittelt werden.
Dazu gehört der Blickverlauf, der den Weg der Augen bei der Informationsverarbeitung rekonstruiert. Der Blickverlauf wird mit nummerierten Fixationspunkten oder als Video wiedergegeben. Weitere Parameter sind die Fixationsdauer und die Fixationshäufigkeit, die Aufschlüsse darüber geben, wie intensiv ein bestimmter Bildausschnitt betrachtet wird.

In diesem Zusammenhang soll geprüft werden, ob die Messergebnisse der Genauigkeit entsprechen, von der man bei der Testkonzeption ausgegangen ist. So wird z.B. durch einen zu lang geratenen Versuchsablauf einerseits die Versuchsperson zu stark strapaziert, da sich durch die ungewohnt ruhige Kopfhaltung die Nackenmuskulatur verkrampft. Andererseits entsteht eine umfangreiche Datenmenge, die eine Auswertung und Analyse erschwert. Es hat sich bei den Versuchsreihen mit der Cornea-Reflex-Methode als sinnvoll erwiesen, wenn der Zeitraum, in dem die Augenbewegung aufgenommen wird, nicht länger als 3,5 Minuten beträgt.

Die Aufnahmefrequenz des in dieser Arbeit genutzten Systems beträgt 50 Hz, das heißt 50 mal pro Sekunde bzw. alle 20 Millisekunden wird gemessen. Weitere und eingehende Ausführungen zur Blickbewegung (Teil A Kap. 3.3.2) und zur Blickbewegungsregistrierung (Kap. 1.5).

2.6.3 Protokolle
Mit einem wissenschaftlichen Protokoll kann die Aufzeichnung oder Registrierung von Zuständen, Abläufen und Ergebnissen einer Untersuchung vorgenommen werden. Das Protokoll kann Einrichtungen und Merkmale von Personen dokumentieren und einen Untersuchungsablauf nachvollziehbar und überprüfbar machen. Protokolle haben somit eine reproduzierende Funktion, die eine gute Basis für gezielte Wiederholungen, Korrekturen und Vertiefung bieten kann. Für die vorliegenden Untersuchungen sollen als Manuelle Protokolle zum einen Merkmale und Voraussetzungen von VPn festgestellt und als Parameter für die Bewertung der in den Experimenten und Befragungen gewonnenen Ergebnisse verwendet werden. Zum anderen werden in Form von Automatischen Protokollen Verhaltensabläufe von VPn im Rahmen von Experimenten aufgezeichnet.

2.6.3.1 Manuelle Protokolle

Sie werden für sämtliche vier Untersuchungen in der Form erstellt, wie es in Abbildung 26.4 beispielhaft für U3 gezeigt ist. Die Versuchsleiterin (VL), die seitlich und kaum bemerkbar von den VPn im Untersuchungsraum positioniert ist, kann vom Bildschirm aus sämtliche Vorgänge, einschließlich des Ablaufs des Bildschirminhalts der VPn, den sie parallel verfolgen kann, kontrollieren. Mit dem Protokoll werden feststehende soziodemographische Merkmale erfasst, wie das Alter oder Geschlecht der VPn. Dann Merkmale wie Herkunftsland, fachliche und kartographische Ausrichtung des Studiums und geleistete Semesteranzahl, aus denen sich gegebenenfalls Probleme für den Ablauf der Untersuchungen ergeben können. Dabei waren die darin erfassten unterschiedlichen Studiengänge, denen die VPn angehörten (vgl. Abb. 26.5), von Interesse, da erst in Vortests herausgefunden werden konnte, ob diese Voraussetzungen für die Durchführung der Experimente in mentaler Hinsicht eine Rolle spielten. Es zeigte sich, dass wahrscheinlich aufgrund der von den VPn absolvierten kartographischen Lehrveranstaltungen, miteinander zu vergleichende Voraussetzungen gegeben waren.

 

25.1Abb.. 26.5 Beispiel U1 Physiologische Merkmale von 14 VPn

Dies war wichtig, da mit der Stichprobenstruktur nicht auf eine definierbare relevante Grundgesamtheit geschlossen werden konnte oder sollte. Sowohl Motivation, Interesse an dem Forschungsgeschehen als auch Leistungsbereitschaft und mentale Fähigkeiten waren bei sämtlichen VPn ausreichend, so dass keine wesentlichen Einschränkungen bei der Durchführung der Untersuchungen aufgetreten sind. Die physiologischen Merkmale der VPn, die im Protokoll erfasst wurden, entscheiden gegebenenfalls über die Möglichkeit der Durchführung der Experimente am Bildschirm. Dabei führt z.B. das Merkmal „Kalibrierung“ zu eingeschränkten und bei „Brillenträgen“ zu keinen Einschränkungen bei der Nutzung der vorgegebenen spezifischen Geräte. Rot- Grünschwächen schränken die Wahrnehmung von Farbskalen ein, also die Unterscheidung von entsprechenden Unterschieden oder Folgen in Skalen. Allerdings werden Such- und Verfolgungsvorgänge, die gemessen wurden, so wie es schon im Vorfeld der Untersuchung festgestellt wurde, in der Tendenz nur marginal beeinflusst

Protokoll 3

Abb. 26.4 Beispiel U3 Untersuchungsprotokoll

2.6.3.2 Automatische Protokolle

Protokolle in Form von Logfileaufzeichungen generieren objektive Aufzeichnungen von Aktionen eines Systemnutzers während eines Experiments, ohne dass dieser bei seiner Arbeit am Bildschirm direkt beeinflusst wird. Im Rahmen von U4 wurde die Erzeugung eines solchen Protokolls bei der Entwicklung und Programmierung des Gesamtsystems zur tachistoskopischen Wahrnehmung extra berücksichtigt. Wichtigste Funktion ist in diesem speziellen Fall die automatische Registrierung der Anzahl von tachistoskopischen Darbietungen, die von den VPn am Bildschirm interaktiv ausgelöst werden und mit dessen Hilfe der visuell-kognitive Aufwand für die visuelle Identifizierung von Graphikelementen ermittelt wird. Besonders in der Entwicklungs- und Testphase des Systems, wurde eine große Anzahl methodischer und technischer Versuche durchgeführt, zu deren Justierung die automatische Erfassung der Darbietungen erforderlich war.

Für den Ablauf eines Experimentes ist es nicht sinnvoll, die Blickanzahl manuell, z.B. an einem separaten Bildschirm zu erfassen. Dazu wär u.a. eine zweite Begleitperson erforderlich, was die Effektivität der Untersuchung unnötig eingeschränkt hätte. Wie der Logfileauszug zeigt (Abb. 26.6), lassen sich neben der Blickanzahl pro Vorlage (Anzahl Wiederholungen), die Darbietungszeit in Millisekunden (Aktion, ms), die aufgewendete Zeit pro Vorlage (Teilzeit), der Vorgang und die ID der Vorlage (Objekt) sowie die absolute Daue für das jeweilige Experiment (Zeit in ms) erfassen. Sämtliche Angaben können digital ausgewertet werden und stehen damit zur Interpretation des Experiments zur Verfügung. Wie die Ergebnisse der Untersuchung U4 zeigen (vgl. Kap. 6), werden Wiederholungen oder die Anzahl erneuter Darbietungen eines graphischen Elements durch die VPn, wie etwa der „Informationsträger Diagramm“, ermittelt und mit weiteren Informationsträgern oder Mustern in anderen Kartenmodellen verglichen. Interpretiert werden außerdem Leistungen, wie Anzahl tachistoskopische Darbietungen, Zeitaufwand und Leistungsschwankungen einzelner VPs  mit Leistungen anderer VPn der Untersuchungsgruppe hinsichtlich Streuung- und Abweichungstendenzen verglichen.

  

Tab U1 1. pngAbb. 26.6 U4 Digitaler Logfile-Auszug (rd. 2400 Zeilen für 26 VPn)

2.7 Zusammenfassung
Es hat sich herausgestellt, dass im Rahmen der vorliegenden Gesamtuntersuchung die statistischen und inhaltlichen Daten und Sachverhalte, die sich aus den Logfiledaten ergaben, nicht vollumfänglich ausgewertet werden konnten. Dies wäre gegebenenfalls nur durch separate wissenschaftliche Arbeit zu leisten gewesen. Es hatte sich weiterhin gezeigt, dass für die Auswahl, Konstruktion und Darbietung tachistoskopischer Elemente für den kartographischen Bereich, aufwendige technische und methodische Voruntersuchungen erforderlich sind. Dies wurde auf einer theoretisch-wahrnehmungspsychologischen Basis, dem Untersuchungsziel angemessen und vom Aufwand her realisierbar, umgesetzt.